Ionosphäre km ionisierte Luft Ionisation der Luftmoleküle durch hochenergetische Strahlung von der Sonne

Transkript

1 Fragengruppen: 1. Atmosphäre Wodurch würden wir über die Störung der ionisierten Schichten der Atmosphäre erfahren? Nach welchem Kriterium richtet sich die Gliederung der Atmosphäre in Homosphäre und Heterosphäre? Nennen Sie die Stockwerke der Erdatmosphäre! Was sind Pausen und wodurch sind sie gekennzeichnet? Beschreiben Sie den vertikalen Aufbau der Atmosphäre nach Stockwerken (mit Höhenangabe)! Nennen Sie Aufbau und Zusammensetzung der Erdatmosphäre (in Tabellenform). Geben Sie jeweils eine Ursache für das charakteristische Verhalten der betrachteten Größe an. Beispiel: Ionosphäre km ionisierte Luft Ionisation der Luftmoleküle durch hochenergetische Strahlung von der Sonne Nennen Sie die fünf - volumetrisch - wichtigsten Gase der Atmosphäre und geben Sie die Volumsprozente an! Geben Sie die Zusammensetzung der trockenen Erdatmosphäre an (mit Volumsprozenten)! 2. Thermodynamik Sind Inversionen stabile oder labile Schichten der Atmosphäre? Welchen vertikalen Temperaturgradienten finden Sie in Luft, die ohne Energiezufuhr durchmischt wurde? Welche Gesetze bestimmen die Thermodynamik der Atmosphäre? Nennen Sie typische Werte für Luftdruck, Lufttemperatur, Luftdichte und Kohlendioxidkonzentration in Meereshöhe! Welche Gesetz verbindet die ersten drei Größen? Erläutern Sie die Begriffe Sättigungsdampfdruck und Taupunkt! Zwei Luftmassen mischen sich zu gleichen Teilen bei konstantem Druck: Luftmasse 1 (T 1 = 23,8 C, e 1 = 25,5mb), Luftmasse 2 (T 2 = -6,4 C, e 2 = 1,1mb) Bestimmen Sie die relative Feuchte beider Luftmassen! Bildet sich Nebel? Ein Luftpaket hat eine relative Feuchte von 83% und eine Temperatur von 9,8 C. Wie groß ist sein Dampfdruck? Kann bei Abkühlung um 5 C Nebel entstehen? Ein Luftpaket hat eine relative Feuchte von 80% und eine Temperatur von 10 C. Wie groß ist ihr Dampfdruck? Kann bei Abkühlung um 5 C Nebel entstehen? Eine Erstbesteigung führt Sie auf einen noch nicht vermessenen Gipfel. Sie steigen bei -8 C und einem Luftdruck von 532 mb vom Basislager in 5000 m Höhe auf. Am Gipfel zeigt Ihr Handbarometer 384 mb bei -28 C. Wie hoch ist der Gipfel näherungsweise? Mit Rechengang!

2 Ein Bergsteiger stellt im Tal (Seehöhe 563 m, Temperatur 19,6 C, Luftdruck 968 hpa) und auf dem Gipfel (Temperatur 0,2 C, Luftdruck 667 hpa) Messungen an. Wie hoch bestimmt er die Höhe des Gipfels? Wie heißt der verwendete Zusammenhang? Luft, die vom Boden aufsteigt, bildet eine Cumuluswolke. Kondensation beginnt bei 7 C. Unter der Annahme, daß keine Mischung mit der Umgebung stattfindet (adiabatisch): welche relative Feuchte hatte die Luft am Boden, über dem die Temperatur 21 C betrug? Der Dampfdruck an einem Wintertag beträgt im Freien z.b. 5 mb bei 0 C. Geben Sie die relative Feuchte im Freien und nach vollständigem Luftaustausch in einem Innenraum mit 18 C an. An einem heißen Sommertag ist der vertikale Temperaturgradient am Nachmittag oft 1 C/100 m in den untersten Schichten über dem Boden. Warum? Was versteht man unter stabiler und labiler Schichtung? Wenn im Bodenniveau 12 C ungesättigte, warme Luft lagert und in 350 m über Grund ungesättigte Luft mit einer Temperatur von 10 C - handelt es sich hier um eine neutrale, labile oder stabile Schichtung? Ein Luftpaket hat eine Temperatur von 20 C und eine relative Feuchte von 50%, es wird beim Überströmen eines Gebirges zum Aufstieg gezwungen. Geben Sie den Dampfdruck des Luftpakets im Ausgangsniveau und die relative Feuchte nach einem adiabatischen Aufstieg um 500 m an! Anmerkung: Der Dampfdruck wird als höhenkonstant angenommen. Verdeutlichen Sie sich das Problem durch eine Skizze! 3. Strahlung Wodurch wird das Temperaturmaximum in der Stratosphäre verursacht? Erläutern Sie die Rolle des Ozons im Strahlungshaushalt und seine Bedeutung für das Leben auf der Erde! Berechnen Sie die Energie, die von einem schwarzen Körper bei 700 K von 10 cm² Oberfläche abgestrahlt wird. Warum entstehen Tau und Reif in der Nacht? Bei welcher Wellenlänge befindet sich das Maximum der Abstrahlung eines Körpers von 3000 K? Welche Farbe hat dieser Körper aufgrund seiner Abstrahlung? Nennen Sie die Komponenten der Strahlungsbilanz, stellen Sie deren Gleichung auf und geben Sie an, welche Strahlungsgröße in typischen Klimatabellen zu finden ist. Stellen Sie die Formel für die Strahlungsbilanz auf! Benennen Sie die einzelnen Komponenten und trennen Sie in kurz- und langwellige Bilanz! (Skizze) Stellen Sie die Formel für die Strahlungsbilanz auf. Benennen Sie die einzelnen Komponenten und beschreiben Sie sie kurz. Trennen Sie in kurzwellige und langwellige Bilanz, skizzieren Sie einen typischen Verlauf der Gesamtbilanz für einen Strahlungstag im Winter und im Sommer. Während der Tag-und-Nachtgleiche (am 21. März oder 23. September) steht die Sonne zu Mittag über dem Äquator. Vergleichen Sie die eingestrahlte Energie an der oberen Grenze der Atmosphäre am Äquator und in 60 nördlicher Breite (Verhältnis). Wenn die Oberflächentemperaturen 310 K am Äquator und 270 K in 60 N sind, wie groß ist das Verhältnis der beiden langwelligen Ausstrahlungen?

3 Der Glühfaden einer Glühlampe erreicht eine Temperatur von 1800 C. Geben Sie die Wellenlänge der maximalen Strahlungsintensität an! Kann man diese Wellenlänge sehen? Der Mars hat ein Abstrahlungsmaximum bei etwa 13,2 µm. Bestimmen Sie die Temperatur der Marsoberfläche und geben Sie das Abstrahlungsmaximum der Erde entsprechend ihrer mittleren Oberflächentemperatur an! Würden Marsbewohner daraus die Temperatur bestimmen können? Ein Riesenstern in unserer Milchstraße strahlt maximal mit einer Wellenlänge von 0,65 µm. Welche Temperatur hat seine Oberfläche? Welche Farbe hat der Stern? Was versteht man unter dem natürlichen Treibhauseffekt? Erklären und quantifizieren Sie den natürlichen Glashauseffekt der Erde! Erläutern Sie den natürlichen Treibhauseffekt der Erde! a) physikalisches Prinzip b) mittlerer Effekt in K Was ist der Treibhauseffekt? Welche Gase sind an seiner Entstehung beteiligt? Was ist der natürliche Treibhauseffekt? Welche Gase sind an seiner Entstehung beteiligt? Was ist der anthropogene Treibhauseffekt? Welche Gase sind an seiner Entstehung beteiligt? Eine Testperson (mittlere Oberflächentemperatur inkl. Kleidung 13,8 C) wird in einem Kühlraum (Wandtemperatur 18 C) kalten Bedingungen ausgesetzt. Wieviel Leistung muß sie (Oberfläche der Person etwa 2 m²) durch metabolische Wärme (z.b. durch Bewegung) aufbringen, um nicht weiter abzukühlen? Wie heißt das verwendete Gesetz? 4. Bodenwärme In welchen Boden - einem feuchten Tonboden oder einem sehr (!) trockenen Sandboden - kann Bodenfrost tiefer eindringen? (Begründung!) Für welche Landnutzung erwarten Sie einen größeren Anteil des Bodenwärmestroms an der Energiebilanz: einem abgeernteten Acker oder einem bewachsenen Getreidefeld? Was verstehen Sie unter einer Fluss-Gradienten-Beziehung? 5. Grenzschicht Ein Feld wird an einem heißen Sommertag bewässert. Die Strahlungsbilanz hat den Wert R n = 525 W m -2. Das Bowenverhältnis wurde zu β = -0.3 bestimmt. Wie groß ist die Wärmeenergie, die für den Austausch mit der Luft zur Verfügung steht, wieviel wird für die Verdunstung verwendet, wenn G vernachlässigt wird? Ein Feld muß gegen Ende des Sommers bewässert werden. An einem wolkenlosen Tag betragen: R n = 627,1 W m - 2, G = 69,7 W m -2, β = 0,15. Wie groß muß die Bewässerungsmenge in Liter pro Fläche und Stunde (1 ha -1 h -1 ) sein, wenn der Bodenwassergehalt konstant bleiben soll? 6. Niederschlag Welches Verfahren zur Bestimmung des Gebietsniederschlags würden Sie in Mittelgebirgen benützen? Warum?

4 Was verstehen Sie unter einem Einzugsgebiet und wie wird es bestimmt? Welche Unterschiede bestehen zwischen ober- und unterirdischem Einzugsgebiet? Welche Verfahren kennen Sie für die Ermittlung des Niederschlagsgebietsmittels? Wie bestimmen Sie die mittlere langjährige Verdunstung eines Einzugsgebietes? Welche Rolle spielen Kondensationskerne bei der Niederschlagsentstehung? Nennen Sie die wichtigsten Prozesse bei der Niederschlagsentstehung? Welche Rolle spielen Eisteilchen (-kristalle) bei der Niederschlagsentstehung? Welche Rolle spielen Eiskeime bei der Niederschlagsentstehung? Nennen und klassifizieren Sie die Wolkengattungen! 7. Verdunstung Nennen Sie die Verdunstungsfaktoren (Einflußgrößen) für die potentielle bzw. reale Verdunstung! Nennen Sie die Komponenten der Verdunstung! Welche der angeführten drei empirischen Formeln (HAUDE, TURC und PENMAN) erscheint Ihnen physikalisch am sinnvollsten zu sein? Begründen Sie Ihre Antwort. Weswegen finden die beiden anderen Formeln auch Anwendung? Bei einer Wetterstation steht Ihnen die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte zur Beobachtungszeit 14 Uhr an einem Julitag zur Verfügung (T 14 = 25,0 C, rf 14 = 65%, f Juli =0,26 mm/ hpa). Schätzen Sie die potentielle Evapotranspiration nach Haude ab! Bei einer Wetterstation steht Ihnen die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte zur Beobachtungszeit 14 Uhr an einem Augusttag zur Verfügung (T 14 = 28,0 C, rf 14 = 35%, f August =0,25 mm/ hpa). Schätzen Sie die potentielle Evapotranspiration nach Haude ab! Nennen Sie zwei Verfahren zur Bestimmung der realen Verdunstung und geben Sie die wichtigsten Meßgrößen dafür an! Erläutern Sie den Unterschied von potentieller und realer/aktueller Verdunstung! 8. Dynamik Was verstehen Sie unter geostrophischem Gleichgewicht? Welche Kräfte sind am Gradientwind beteiligt? Erläutern Sie die tropische Hadleyzelle! Skizzieren Sie die wichtigsten Elemente der allgemeine Zirkulation! Erläutern Sie die Land/Seewindzirkulation! Für den kommenden Tag wird ein Hochdruckgebiet über Osteuropa und ein Tiefdruckgebiet über Westeuropa erwartet. Der auf Meeresniveau reduzierte Luftdruck in Dresden beträgt 1024 hpa, in Leipzig 1022 hpa, der Abstand zwischen beiden Städten ist ca. 125 km. Mit welcher Windrichtung und Windgeschwindigkeit ist unter Vernachlässigung der Reibung auf halbem Weg zu rechnen (ϕ = 51, ρ = 1,3 kg/m 3 )? Mit Rechengang! Was sind Fronten? Welche Arten gibt es und wodurch unterscheiden sie sich? Mit welchem Druckgebilde treten Fronten in Erscheinung? Skizzieren Sie ein Frontalsystem einer Zyklone.

5 Eine Kaltfront hat von Westen her Paris erreicht. Zwischen Nord- und Südeuropa herrscht ein durchschnittlicher Druckgradient von 1,7 hpa/100 km. In wieviel Stunden ist, wenn man annimmt, die Kaltfront wandert mit der halben Geschwindigkeit des geostrophischen Windes, in Dresden etwa 800 km östlich mit Wetterverschlechterung zu rechnen? Skizzieren Sie die Druckverteilung! Welche Drehrichtung haben Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Südhalbkugel? Begründen Sie das kalte Winter- und warme Sommerwetter in Hochdruckgebieten! Welche Drehrichtung haben Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Nordhalbkugel? Begründen Sie das milde Winter- und kühle Sommerwetter in Tiefdruckgebieten! Welche Strahlungsbedingungen erwarten Sie in Bodennähe in einem Hochdruckgebiet? Welche Strahlungsbedingungen erwarten Sie in Bodennähe in einem Tiefdruckgebiet? Skizzieren Sie die wichtigsten Elemente der allgemeine Zirkulation. Unter der Annahme, daß bei einer globalen Erwärmung vor allem die hohen nördlichen Breiten betroffen wären und es zu einer Verschiebung des Zirkulationssystems käme - in welcher Zone der allgemeinen Zirkulation befände sich Dresden? 9. Klima Das Stadtklima unterscheidet sich in einigen klimatologischen Größen vom Umland. Geben Sie diese Größen an, nennen Sie eine Größenordnung für die Differenz (den Quotienten) und erläutern Sie die Ursache des Unterschieds. Erläutern Sie die Begriffe Makro-, Meso- und Mikroklima! Zu welcher Kategorie gehört das Stadtklima? Sie müssen eine einfache Klimastation einrichten. Welche Geräte etc. bestellen Sie? Welche Größen werden in einem Walter-Diagramm dargestellt? Skizzieren Sie ein Beispiel! Nennen Sie die zwei unterschiedlichen Arten der Klimaklassifikation, nennen Sie das entscheidende Klassifikationskriterium und geben Sie je ein Beispiel an! Das Klima eines bestimmten Ortes wird durch bestimmte Messgrößen (Klimaelemente) charakterisiert. Nennen Sie diese Klimaelemente in der Reihenfolge ihrer Bedeutung für die Wasserwirtschaft! 10. Allgmeine Fragen Nennen Sie die 4 wichtigsten Komponenten der Energiebilanz, stellen Sie deren Gleichung auf und geben Sie an, welche Komponente bei langfristiger Betrachtung vernachlässigt werden kann! Für die nächsten hundert Jahre wird eine Klimaänderung vorhergesagt. Nennen Sie: Ursache, physikalischen Hintergrund und mögliche Maßnahmen zur Dämpfung. Nennen Sie die wichtigsten Komponenten der Wasserbilanz, stellen Sie deren Gleichung auf und geben Sie an, welche Komponente bei langfristiger Betrachtung vernachlässigt werden kann! Was versteht man unter dem Wasserhaushalt? Geben Sie die Komponenten an! Was versteht man unter der Energiebilanz? Geben Sie die Komponenten an! Was bezeichnet man als freie Atmosphäre und wodurch ist sie charakterisiert? Wie verändern sich vermutlich die Elemente der Wasserbilanz unter der Annahme einer globalen Erwärmung um 2-3 C? Geben Sie Tendenzen für alle Wasserhaushaltskomponten

6 an! Begründen Sie Ihre Angaben! (+5 Bonuspunkte möglich!) Eine Klimaänderung beeinflußt alle Komponenten der Energie- und der Wasserbilanz. Schätzen Sie qualitativ die Konsequenzen einer globalen Erwärmung auf die Verdunstung ab! Welche Folgen hätte die vermutete Verdunstungsänderung auf die übrigen Komponenten der beiden Bilanzen? Geben Sie die Energiebilanzgleichung an und schätzen Sie die relative Bedeutung der einzelnen Komponenten in a) einer Wüste (Sahara) und b) einer (bewässerten) Oase in dieser Wüste ab. Definieren Sie den Begriff Klima! Definieren Sie die Meteorologie als Disziplin! Welche Klimamessreihen würden Sie verwenden, um folgende Stationspaare voneinander zu unterscheiden (Hinweis: Eine Inselstation und eine kontinentale Station können z.b. aufgrund der unterschiedlichen Temperaturamplitude im Jahres- und Tagesgang unterschieden werden.): a) je eine Station auf Nord- und Südhalbkugel b) Küste/Landesinnere c) Tiefland/Gebirge d) niedrige/hohe Breiten Geben Sie die Wasserbilanzgleichung an und schätzen Sie die relative Bedeutung der einzelnen Komponenten in a) einem bewaldeten und b) einem grasbewachsenem Einzugsgebiet ab. Fassen Sie sich kurz! Schreiben Sie bitte deutlich und leserlich!